Philippe ROUX 2004 POLARISATION DU TRANSISTOR NPN

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1 Philippe OUX 004 POLASATON DU TANSSTO NPN

2 POLASATON DU TANSSTO POLA NPN ) DOT D HAG T PONT D FONTONNMNT DU TANSSTO On considère le montage de la figure qui utilise un transistor NPN au silicium de type N63 dont on donne les caractéristiques à 5. e transistor est alimenté par une tension continue V égale à 5 V avec dans le collecteur 80 Ω et dans l émetteur une résistance 80 Ω. aractéristique de transfert V 7.5 V en ma 0 aractéristiques de sortie en µa V 5 + Droite de charge Prepos 0 Prepos en µa Prepos en µa aractéristique d entrée , V V V en V 0,5 + V +5 V 80Ω 0,55 0, V V 0,65 V 0,7 80Ω V en V Figure : caractéristiques du transistor et schéma du montage. Le point de fonctionnement ou de repos du transistor se trouve sur la droite de charge statique du transistor. elle-ci représente la relation entre V et pour le circuit extérieur au transistor : V V ( ) avec : ( ) La droite de charge est tracée dans le réseau de sortie compte-tenu des points remarquables : 5 ma (pour V 0 V) et 5V (pour 0 ma).

3 On choisi sur la droite de charge un point de repos P repos tel que : V repos 7.5 V. Dans le réseau de caractéristiques, on en déduit : La caractéristique de transfert : f( ) pour V égal à 7.5 V constant qui indique le gain en courant du transistor : H F β repos / repos 94. La valeur des courants : repos et repos. La valeur de la tension V repos 0.65 V. ) POLASATONS LASSQUS DU TANSSTO POLA NPN l existe deux méthodes classiques pour polariser le transistor c est-à-dire fixer le courant repos..) POLASATON N OUANT + V +5 V.99 V 80 Ω K V 0.65 V.36 V 80 Ω Figure : polarisation «en courant» ette technique (figure et K en ) fait appel à un générateur de courant pour fixer repos. La réalisation pratique de ce générateur de courant (K en ) fait appel à la résistance de valeur convenable reliant V à la base du transistor. Détermination de la valeur de : V V repos M 6 kω soit norm. 50 kω

4 .) POLASATON N TNSON + V +5 V 80 Ω.99 V P K V 0.65 V.36 V + V M.99 V 80 Ω Figure 3 : polarisation «en tension» Théoriquement, cette polarisation (figure 3) met en oeuvre un générateur de tension de.99 V (K en ). La réalisation pratique de ce générateur (K en ) s effectue à l aide d un pont diviseur de la tension V d alimentation. Le calcul des résistances de polarisation et est obtenu par le choix d'un courant de pont P tel que : n choisissant ici : p ma on obtient : 0 repos P 0 repos V V + M Prepos kω,.99 kω, valeurs normalisées : 0 kω et.8 kω. V M P MAQU MPOTANT : n pratique, pour polariser le transistor, la connaissance des réseaux de caractéristiques du transistor n est pas nécessaire. n effet, il faut donner aux résistances de polarisation, une valeur normalisée voisine de la valeur calculée, ce qui rend inutile une valeur précise de la tension V. Aussi, pour déterminer une polarisation, il suffit de connaître : repos La valeur du gain en courant β du transistor bipolaire pour avoir repos β Prendre systématiquement V 0.6V afin de calculer la tension V M. 3

5 3) OMPAASON DS POLASATONS N OUANT T N TNSON VS A VS DS VAATONS D TMPATU 3.) FFTS D LA TMPATU SU L TANSSTO Les caractéristiques d'un transistor sont sensibles à la température qui modifie simultanément : La caractéristique d entrée (jonction passante) selon la loi : V mv T 5.. Le gain en courant avec : β 06.%. β T Par exemple, pour une température évoluant de 5 à 5, on obtient avec le transistor choisi : Température 5 5 T 00 V (V) V V β β 56 Les variations de V et de β avec la température provoquent un déplacement important et néfaste du point de repos sur la droite de charge. Une solution technique simple pour combattre ces effets consiste à placer une résistance de valeur convenable entre l émetteur du transistor et la masse. 3. OMPAASON VS A VS DS VAATONS D LA TMPATU Pour comparer les deux polarisations précédentes, lorsque la température évolue de 5 à 5, on recherche, sur la droite de charge, la variation (5 ) - (5 ) du courant de repos de collecteur. La variation de courant, qui dépend à la fois de V et ß, est obtenue en écrivant une différentielle totale : d ( ) βct. dv + ( ) Vct. dβ V β SV. V + Sβ. β () S V : coefficient de stabilité pour les variations de V S ß : coefficient de stabilité pour des variations de β Pour simplifier l analyse, on effectue cette étude avec le schéma commun de la figure 4 qui est obtenu par application du théorème de Thévenin entre la base et la masse. Le tableau donne les résultats correspondants : th et th 4

6 + V +5 V 80 Ω.99 V P K V 0.65 V.36 V + V M.99 V 80 Ω Figure 4 : schéma d étude commune à 5 Tension th ésistance th Polarisation en courant V 5 V 6 kω Polarisation en tension V. V // 7. kω + Avant d appliquer l équation (), il faut déterminer l expression du courant en fonction de V, du gain en courant β qui varient avec T et des éléments du montage. On en déduit ensuite, avec les dérivées partielles, les expressions des coefficients de stabilité S V (en ms) et S β (en µa) : β Th V S Th + (β + ) V β S Th + (β + ) β ( V ) ( + ) Th Th Th + (β + ) ésultats de l équation () pour Τ 00 : Polar en courant Polar. en tension S β (µα) S V (ms) (ma) Le tableau des résultats indique que la polarisation en tension assure la dérive en température la plus faible du courant de repos de collecteur. lle sera donc choisie lorsque la plage de variation de la température du montage est importante. 5

7 4) AUT MOD D POLASATON DU TANSSTO POLA NPN + V +5 V 80 Ω P.99 V V 0.65 V 80 Ω V 7.5 V Figure 5 : polarisation «par rétroaction» l existe une autre possibilité de polarisation du transistor en utilisant une résistance collecteur-base p (figure 5) reliant la collecteur et la base du transistor. Sachant que la résistance P est parcourue par le courant de base : Sachant que : P V repos V repos repos 85.9 kω soit 8 kω normalisée β ( V V ) () + ( β + )( + ) P On obtient les coefficients de stabilité en température du montage : S v β ( V V ).( P + + ) Sβ + ( + )( β + ) + ( + )( β + ) P [ ] P À titre de comparaison avec les polarisations précédentes, pour une variation de température de 5 à 00, on obtient ici : S v -5. ms et S β 38. µa soit une dérive en température du courant de repos de collecteur :.6 ma. ette polarisation est donc moins performante que la polarisation en tension. ependant, ce montage a l avantage de procurer une assez bonne stabilité en température (rôle de la résistance dans l équation ()) même en l absence de la résistance, contrairement aux polarisations précédentes. 6

8 5) POLASATON DANS LS UTS NTGS : MO D OUANT SMPL + V ref + T T V V Figure 7 : montage miroir de courant simple Les circuits intégrés offrent la possibilité de réaliser des transistors rigoureusement identiques obéissant à la loi habituelle : V S exp( ) () U où U T 5 mv à 5 et S est le courant inverse de saturation de la jonction base-collecteur. Le montage de la figure 7 est utilisé pour polariser le transistor T dans un circuit intégré où les polarisations classiques ne sont pas utilisables. La polarisation de T est alors assurée par T (rigoureusement identique à T ) monté en diode par un court-circuit collecteur base. Sachant que, d une part les tensions V et V sont égales et que d autre part les transistors identiques sont caractérisés par un même courant S, on en déduit que les courants et sont aussi égaux. Dans ces conditions, on montre que : ref ref + β Le courant de collecteur de T recopie le courant ref d où le nom du montage : «miroir de courant». La stabilité en température de ce montage est excellente. T 7